Гуру, вопрос по использованию модуля полумоста UCC21520 для схемы Boost

Технические обсуждения Электроника мощности
, , , ,
1

image
image1345×594 101 KB

Принципиальная схема приведена выше. К порту VS я подключил 5 В, последовательно с ним — индуктивность 470 мкГн (сторона низкого напряжения), а к порту VCC — параллельно конденсатор 1000 мкФ и резистор 1 кОм. На порты PWMA и PWMB подаются PWM-сигналы с мёртвым временем от микроконтроллера (сейчас только с коэффициентом заполнения 50 %, без обратной связи). Теперь на VCC получается только около 4,6 В выходного напряжения (предполагаю, что это только падение напряжения на диоде Шоттки), причём такое же выходное напряжение сохраняется даже если на PWMA и PWMB нет сигнала. Прошу опытных участников подсказать, в каком направлении можно что-то изменить :sob:

2

Сейчас, похоже, на верхнем и нижнем плечах всё время отсутствует сигнал открытия, поэтому работает только шоттки-диод, подключённый параллельно верхнему плечу постоянного тока.

3

Вы подключили 12 В? UCC21520 — это изолированный драйвер, и оба канала вывода должны подключаться к независимым источникам питания.

Вот ещё один пост о проблеме с UCC21520: https://bbs.eeclub.top/t/topic/284/2

4

Братан, тут стопроцентно верхний ключ вообще не работает: ток напрямую идёт через паразитный диод верхнего ключа (или через параллельно подключённый диод Шоттки) и так замыкает цепь. 5 В на входе минус падение напряжения на диоде как раз дают те самые примерно 4,6 В, которые ты измерил.

Советую проверить по шагам:

  1. Подано ли питание 12 В на вспомогательный источник? Судя по схеме, VDDB требует отдельного питания 12 В. Если этих 12 В нет, драйвер будет в состоянии UVLO (блокировки по пониженному напряжению), и сколько бы ШИМ-сигналов ни подавал микроконтроллер, чип их просто проигнорирует.

  2. Состояние вывода DISABLE: Хотя на схеме есть R10 (10 кОм) на землю, лучше мультиметром реально измерить напряжение на 5-й ноге UCC21520 и убедиться, что там действительно 0 В. Если вывод висит в воздухе или из-за помех подтягивается вверх, чип не будет выдавать сигнал.

  3. Сначала проверь нижний ключ: Бустер работает только за счёт того, что нижний ключ (Q3) открывается и накапливает энергию в индуктивности. Если нижний ключ не проводит — всё бессмысленно. Пока не трогай верхний ключ, просто осциллографом измерь напряжение на затворе Q3 и посмотри, есть ли там прямоугольные импульсы.

5

Без хотя бы картинки осциллограммы на осциллографе трудно даже понять, что у вас случилось… Попробую вслепую предположить несколько типичных проблем:

Во-первых, проблема с общей землёй. Ваш ШИМ-сигнал идёт от микроконтроллера; подключили ли вы GND микроконтроллера к земле входной стороны драйвера (к выводу 4, GND)? Если земли по обе стороны оптрона или изолирующей микросхемы организованы неправильно, сигнал вообще не попадёт на вход.

Во-вторых, тупик с бутстрепной схемой. При использовании полумостового драйвера для Boost верхний ключ заряжает бутстрепные конденсаторы (C3 и C4) только тогда, когда нижний ключ открыт и подтягивает VS к земле. Если нижний ключ по какой-то причине не открывается — например, на драйвере нет питания VDD или цепь быстрого отключения распаяна наоборот, — то питание VDDA верхнего ключа никогда не зарядится, и верхний ключ тоже никогда не откроется.

Логика проверки простая: отключите 5 В на силовой части, подайте питание только на плату управления и плату драйвера, а затем щупом осциллографа проверьте 11-й вывод микросхемы (OUTB). Сначала вы должны увидеть именно здесь меандр с коэффициентом заполнения 50%, и только после этого можно двигаться дальше.

6

Эй, мужик, классическая проблема с драйвером затвора! Если на выходе у тебя 4,6 В даже когда ШИМ не подаётся, значит схема просто работает как пассивный провод, а нижний FET не делает свою работу по зарядке индуктивности.

Пару быстрых вещей, которые стоит проверить на плате:

  • UVLO (Under Voltage Lockout): Ты реально подал 12 В на вывод VDDB? UCC21520 будет полностью игнорировать сигналы MCU, если питание вторичной стороны отсутствует или ниже порога.

  • Вывод DISABLE: Измерь 5-й вывод микросхемы напрямую мультиметром. Даже если у тебя R10 выполняет подтяжку вниз, убедись, что там уверенно 0 В.

  • Уровни логики: Твой MCU выдаёт 3,3 В или 5 В логику? Убедись, что она соответствует V_IH (порог входной логической единицы) драйвера.

Бери осциллограф и проверь вывод OUTB (вывод 11). Даже не думай о верхней стороне или основном питании 5 В, пока не увидишь чистую, чёткую прямоугольную волну на затворе нижнего ключа!

7

Нижний транзистор не открывается. Сейчас, когда микроконтроллер не подключён, можно измерить, что на выходе есть ШИМ-сигнал, но как только подключаю PWMA и PWMB, ШИМ пропадает и превращается в хаотичный сигнал в несколько сотен милливольт :sob: Что именно за осциллограммы тебе нужно посмотреть?

8

Нижний ключ не открывается. Сейчас, когда микроконтроллер не подключён, на выходе можно измерить PWM-сигнал, но как только подключаю PWMA и PWMB, PWM-сигнал пропадает и превращается в хаотичные колебания в несколько сотен милливольт :sob:

9

Братан, я раньше не работал с отдельным питанием. Отдельное питание означает, что земля подключается отдельно к двум разным землям? Можно ли подключить резистор между AGND и GND?

10

Какая получилась выходная форма сигнала по измерениям? Пришлите картинку!
Также измерьте и пришлите формы ШИМ-сигналов на выходе микроконтроллера!
Измерьте и пришлите формы сигналов на входе и выходе драйвера полумоста!
И ещё сделайте фото собранного устройства и того, как всё подключено!
Без изображений всё непонятно, и анализировать очень трудно!

11

Сначала уточним два понятия:

1. «Независимое питание» ≠ «все земли нужно разделять»
Внутри UCC21520 входная сторона (GND) и выходная низковольтная сторона (VSSB) уже изолированы. Снаружи вам нужно сделать следующее:

  • GND → подключить к сигнальной земле вашего микроконтроллера
  • VSSB → подключить к вашей силовой земле AGND
  • для VDDA нужен изолированный источник питания, потому что VSSA подключена к VS (узлу коммутации, скачки 0 В ↔ Vout), и обычный неизолированный источник питания этого не выдержит.

2. AGND и GND нельзя соединять через резистор
Если силовая земля и сигнальная земля должны сосуществовать, их необходимо соединить низкоомной перемычкой в одной точке (обычно на минусе входного фильтрующего конденсатора). Соединение через резистор превратит пульсации напряжения от коммутационного тока (ΔV = L×dI/dt) в шум сигнальной земли, из-за чего ваша опорная земля PWM будет «прыгать», а форма сигнала драйвера исказится.

Непосредственная причина вашей текущей ситуации:
«Без микроконтроллера PWM есть, после подключения пропадает» → после подключения микроконтроллера теряется опорная земля для линии PWM-сигнала. Скорее всего, земля между отладочной платой микроконтроллера и платой UCC21520 не соединена. Перекиньте толстый провод-перемычку и соедините GND обеих сторон — ситуация должна сразу исчезнуть.

Если после перемычки всё ещё остаются сотни милливольт, проверьте:

  • Является ли PWM-выход микроконтроллера push-pull?
  • IO микроконтроллера — 3,3 В или 5 В? 3,3 В для управления UCC21520 при VCCI=5 В — это пограничный уровень, лучше либо перевести всё на питание 3,3 В, либо добавить преобразование уровней.
12

Сигнал при подключении просаживается до сотен милливольт. В первую очередь проверьте эти три места, где чаще всего ошибаются:

  1. Проверьте, не перепутаны ли конденсаторы C6/C7: на вашей схеме они указаны как 33 пФ — срочно убедитесь, что на плате фактически не установлены 104 (100 нФ) или даже 1 мкФ. Если поставлены большие ёмкости, высокочастотный ШИМ будет фактически замкнут на землю по переменному току.

  2. Пробой входных выводов драйвера (INA/INB): отключите проводку от микроконтроллера, обесточьте плату и мультиметром в режиме проверки диодов измерьте падение напряжения между 1-м и 2-м выводами микросхемы и 4-м выводом (GND). Если в обоих направлениях получается несколько десятых вольта или короткое замыкание, значит вход микросхемы уже пробит электростатическим разрядом.

  3. Как правильно смотреть осциллограмму: заземляющий зажим щупа осциллографа подключите к GND микроконтроллера, а кончик щупа приложите к 1-му выводу UCC21520 (INA). Сначала убедитесь, что на входе микросхемы видна чистая прямоугольная волна 3,3 В/5 В. Если сигнала нет уже на входе, дальше всё точно будет неработоспособно.

13

Если МК сам по себе выдаёт чистый ШИМ-сигнал, но перестаёт работать при подключении платы драйвера, проверьте следующие аппаратные ошибки:

  1. Проверьте конденсаторы C6 и C7: В вашей схеме для C6/C7 указаны 33 пФ. Убедитесь, что вы случайно не припаяли конденсаторы на 100 нФ (104). Большой фильтрующий конденсатор будет действовать как короткое замыкание на GND для высокочастотных ШИМ-сигналов.

  2. Повреждённые входные выводы ИС: Измерьте вывод 1 (INA) и вывод 2 (INB) относительно вывода 4 (GND) мультиметром в режиме проверки диодов (плата должна быть обесточена). Если показания близки к 0 В, внутренние ESD-диоды или логические вентили драйвера закорочены.

  3. Правильная методика подключения щупа осциллографа: Подключите зажим заземляющего провода щупа непосредственно к GND МК, затем проверьте вывод 1 (INA) микросхемы UCC21520. Убедитесь, что прямоугольный сигнал доходит до вывода микросхемы, прежде чем устранять неисправности на стороне выхода.